Giáo trình kỹ thuật cảm biến - Mở đầu doc

LỜI NÓI ĐẦU Trường Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc đã tổ chức biên soạn các tài liệu hướng dẫn giáo viên và học tập, thực tập của học sinh, sinh viên nghề lắp đặt, sửa chữa

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHỆ VÀ NÔNG LÂM ĐÔNG BẮC

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT CẢM BIẾN

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ

LỜI NÓI ĐẦU

Trường Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc đã tổ chức biên soạn các tài liệu hướng dẫn giáo viên và học tập, thực tập của học sinh, sinh viên

nghề lắp đặt, sửa chữa thiết bị điện công nghiệp trong thời kỳ hiện đại hoá – công nghiệp hoá đất nước Trong đó tài liệu Kỹ thuật cảm biến đóng vai trò

quan trọng trong việc đào tạo các kỹ thuật viên, các nhân viên lành nghề đang

theo học và hành nghề Điện công nghiệp

trình, có mục tiêu học tập, thực tập cho môđun, phần lý thuyết cơ bản học viên cần phải nắm vững để thực hành thực tập Cuối mỗi bài sau phần lý thuyết cơ bản đều có các bài tập ứng dụng để giáo viên và học sinh thực hành thực tập

Đây là tài liệu do các cô giáo, thầy giáo trong tổ bộ môn Điện của nhà trường chắt lọc trong các quá trình giảng dạy, tham khảo các tài liệu, giáo trình của các Trường đại học như Đại học Bách Khoa – Hà Nội, Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, Đại học Cần Thơ để biên soạn, tài liệu này chỉ làm tài liệu giảng dạy và tham khảo nội bộ cho các giáo viên và học sinh của Trường, không phát hành lưu thông ra bên ngoài./

GIỚI THIỆU VỀ MễĐUN

Vị trớ, ý nghĩa và vai trũ của mụđun:

nghiệp đang trang bị cho mỡnh những dõy chuyền sản xuất hoàn toàn tự động hoặc bỏn tự động Cỏc loại cảm biến đó cú mặt trong hầu hết cỏc lĩnh vực điều khiển tự động, nú đúng một vai trũ rất quan trọng, khụng một thiết bị nào cú thể thay thế được Việc trang bị cho mỡnh một kiến thức về cỏc loại cảm biến là nhu cầu bức xỳc của cỏc kỹ thuật viờn, kỹ sư của ngành điện cũng như cỏc ngành khỏc

Mụđun kỹ thuật cảm biến là một mụđun chuyờn mụn của học viờn ngành sửa chữa thiết bị điện cụng nghiệp Mụđun này nhằm trang bị cho học viờn cỏc trường cao đẳng nghề, trung cấp nghề và cỏc trung tõm dạy nghề những kiến thức về nguyờn lý, cấu tạo, cỏc mạch ứng dụng trong thực tế của một số loại cảm biến với cỏc kiến thức này học viờn cú thể ỏp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống Ngoài ra cỏc kiến thức này dựng làm phương tiện

để học tiếp cỏc mụn chuyờn mụn của ngành điện như trang bị điện, PLC

Mục tiờu mụđun

Sau khi học xong mụđun này, học viờn cú năng lực:

- Cú đủ kiến thức phõn biệt được cỏc loại cảm biến, phạm vi dụng của chỳng

- Lắp đặt được một số mạch điều khiển dựng cảm biến

- Kiểm tra được cỏc mạch điện lắp đặt cảm biến, phỏt hiện sự cố và cú biện phỏp khắc phục

Nội dung chớnh của mụn học/mụđun

Bài mở đầu: Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến

Bài 1: Cảm biến nhiệt độ

Bài 2: Cảm biến tiệm cận và các loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách

Bài 3: Cảm biến đo lưu lượng

Bài 4: Cảm biến đo vận tốc vòng quay và góc quay

CÁC HOẠT ĐỘNG CHÍNH CỦA MÔĐUN/MÔN HỌC

* Hoạt động trên lớp:

Học viên được giáo viên giảng dạy hướng dẫn cách nhận biết, cách phân biệt về hình dạng kích thước các loại cảm biến, được nghe giáo viên giảng giải, phân tích và giải thích về cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của các loại cảm biến Học viên được giáo viên giảng dạy hướng dẫn học sinh thảo luận tìm hiểu về các loại cảm biến và ứng dụng của nó ngay trên lớp học

* Hoạt động tại xưởng thực hành:

Học viên được giáo viên hướng dẫn thực hành hướng dẫn về cách lắp đăt các loại cảm biến, cách đo kiểm tra cực tính, chất lượng các cảm biến, lắp đặt và phát hiện các sai hỏng của các mạch cảm biến

* Hoạt động tự học:

Học viên tự sưu tầm các tài liệu liên quan đến lĩnh vực cảm biến, làm các bài tập do giáo viên hướng dẫn giao cho

BÀI MỞ ĐẦU KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN

GIỚI THIỆU

Các bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, các bộ cảm biến đặc biệt rất nhạy cảm được sử dụng trong các thí

nghiệm, các lĩnh vực nghiên cứu khoa Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng các sensor bình thường cũng như đặc biệt Cảm biến có rất nhiều loại, rất

đa dạng và phong phú, do nhiều hãng sản xuất, giúp con người nhận biết các quá trình làm việc tự động của máy móc, trong tự động hoá công nghiệp dùng rất nhiều cảm biến

MỤC TIÊU BÀI HỌC

Sau khi học xong bài này học viên có đủ khả năng:

- Đánh giá/xác định được vị trí, nhiệm vụ và ứng dụng của các bộ cảm biến trong cuộc sống sinh hoạt cũng như sản xuất trong các ngành kinh tế cần có độ

tự động hoá cao

- Mô tả được chức năng, nhiệm vụ và các điều kiện làm việc của các bộ cảm biến, các tính chất động các bộ cảm biến

- Biết được phạm vi ứng dụng của các bộ cảm biến

NỘI DUNG

* Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến

* Phân loại các bộ cảm biến

HOẠT ĐỘNG I : HỌC LÝ THUYẾT TRÊN LỚP

1 Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến

Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của các đại lượng cần kiểm tra m không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang một bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng), ký hiệu là s Đặc trưng điện s là

Trong đó s là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo Việc đo đạc s cho phép nhận biết giá trị m

Đối với mọi cảm biến, để có thể khai thác biểu thức trên cần phải chuẩn cảm biến, với một loạt giá trị đã biết chính xác của m, đo giá trị tương ứng của s

và dựng đường cong chuẩn, đường cong chuẩn này cho phép xác định mọi giá

trong đú S là độ nhạy của cảm biến

Vấn đề quan trọng ở đõy là khi thiết kế, chế tạo và sử dụng cảm biến làm sao cho độ nhạy S của chỳng khụng đổi, nghĩa là S ớt phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau:

- Giỏ trị của đại lượng cần đo m (độ tuyến tớnh) và tần số thay đổi của nú (dải thụng)

- ảnh hưởng của cỏc đại lượng vật lý khỏc (khụng phải đại lượng cần đo) của mụi trường xung quanh

2 Phạm vi ứng dụng

Cỏc bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong cỏc lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, cỏc bộ cảm biến đặc biệt rất nhạy cảm được sử dụng trong cỏc thớ nghiệm,

Đại lượng cần đo (m)

Đại lượng điện (s) Cảm biến

m

t

t1 t2 tn

t1 t2 tn

Hình 1.1: Sự biến đổi của đại lượng cần kiểm tra m và phản ứng s theo thời gian

s1

s2

s1

Hình 1.2: Dựng đường cong từ các giá trị đã biết của m, xác định m 1 từ giá trị s 1

các lĩnh vực nghiên cứu khoa Trong lĩnh vực tự động hoá ngườita sử dụng các

sensor bình thường cũng như đặc biệt.```````````````````

3 Phân loại các bộ cảm biến

- Theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng

V ật l ý

Nhiệt điện

Quang điện Quang tử Điện từ

Từ điện Hoá học

Biến đổi hoá học Biến đổi điện hoá Phân tích phổ Sinh học

Biến đổi sinh hoá Biến đổi vật lý Hiệu ứng trên cơ thể sống

- Theo dạng kích thích

Kích thích Các đặc tính của kích thích

Âm thanh

Biên pha, phân cực Phổ

Tốc độ truyền sóng Điện

Điện tích, dòng điện Điện thế, điện áp Điện trường Điện dẫn, hằng số điện môi

Từ

Từ trường

Từ thông, cường độ từ trường

Độ từ thẩm

Cơ

Vị trí Lực, áp suất Gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng Mômen

Khối lượng, tỉ trọng

Độ nhớt Quang

Phổ Tốc độ truyền

Hệ số phát xạ, khúc xạ Nhiệt

Nhiệt độ Thông lượng

Tỷ nhiệt

Theo tính năng

Theo phạm vi sử dụng

+ Môi trường, khí tượng

+ Thông tin, viễn thông

+ Nông nghiệp

+ Dân dụng

+ Giao thông vận tải

Theo thông số của mô hình mạch điện thay thế

chúng cần có thêm nguồn năng lượng phụ để hoàn tất nhiệm vụ đo kiểm, còn loại cực tính thì không cần Được đặc trưng bằng các thông số: R, L, C tuyến tính hoặc phi tuyến

HOẠT ĐỘNG II: HỌC VIÊN TỰ NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU

Học viên tham khảo các tài liệu dưới đây:

Điện tử công suất - Nguyễn Bính – Nhà xuất bản KHKT

Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện - Dịch từ tiếng Anh

HOẠT ĐỘNG III: HỌC TẬP, THỰC TẬP TẠI XƯỞNG TRƯỜNG

- Nghiên cứu ứng dụng của từng loại cảm biến

- Tìm hiểu cách phân loại cảm biến

1/ Hình thức tổ chức:

Chia thành các nhóm nhỏ từ 2 đến 3 học sinh dưới sự hướng dẫn của giáo viên

3/ Quy trình thực hiện:

- Giáo viên tập trung cả lớp học viên, sơ lược về cách nhận biết, ứng dụng của các bộ cảm biến